Diseño e implementación de ópticas y de un equipo de medición de irradiancia para su aplicación en el desarrollo de nuevas terapias de reconstrucción de tejido nervioso

Abstract

[ES] La optoquimiogenética es una rama de la biomedicina y de la neurociencia que se basa en el control del comportamiento de células mediante proteínas fotosensibles. Para ello se introducen estas proteínas, denominadas opsinas, mediante métodos genéticos a unas células determinadas y se estimulan mediante destellos de luz provenientes de un láser o un LED de alta potencia. La excitación de las opsinas da lugar al intercambio de iones a través de la membrana, lo que permite activar o inhibir la actividad de la célula. En la actualidad se está investigando tanto para la reparación de tejido nervioso dañado tras un traumatismo como para el tratamiento de enfermedades neurológicas, donde parece encontrar su foco principal, como la epilepsia, el Parkinson, adicciones, para problemas de visión o arritmias, entre otros.

En el Centro de Investigación Príncipe Felipe (CIPF) se llevaron a cabo una serie de experimentos que resultaron en la proliferación y diferenciación de células precursoras neurales en oligodendrocitos y neuronas, lo que dio lugar a la concepción de una posible terapia de regeneración del tejido nervioso que se está estudiando in vitro y ex vivo.

Este proyecto trata del diseño y producción de prototipos de un sistema de fotoestimulación de células in vitro y tejidos ex vivo con diferentes longitudes de onda para la investigación del efecto sobre estas, aplicando tratamiento y casos control. Se desarrollará un dispositivo óptico para la colimación del haz de luz siguiendo con los requisitos de potencia y diámetro de irradiación de las muestras, así como una estructura que soporte esta óptica y con la capacidad de medir la irradiancia, para así calibrar el sistema y asegurar en el futuro el rango de potencias que son efectivas para el tratamiento. Ambos objetivos se llevarán a cabo de la forma más sencilla, económica y funcional posible sin dejar de lado la robustez y la adaptabilidad a distintos usos que requiere el CIPF.

[EN] Optochemogenetics is a branch of biomedicine and neuroscience based on the control of cell behaviour by means of photosensitive proteins. These proteins, called opsins, are genetically introduced into specific cells and stimulated by flashes of light from a laser or a high-power LED. Excitation of the opsins leads to the exchange of ions across the membrane, which activates or inhibits the activity of the cell. Research is currently being carried out both for the repair of damaged nerve tissue after trauma and for the treatment of neurological diseases, where it seems to find its main focus, such as epilepsy, Parkinson's disease, addictions, vision problems or arrhythmias, among others.

At the Príncipe Felipe Research Centre (CIPF), a series of experiments were carried out that resulted in the proliferation and differentiation of neural precursor cells into oligodendrocytes and neurons, which led to the conception of a possible therapy for the regeneration of nervous tissue that is being studied in vitro and ex vivo.

This project deals with the design and production of prototypes of a system for photostimulation of cells in vitro and tissues ex vivo with different wavelengths to investigate the effect on them, applying treatment and control cases. An optical device will be developed for collimating the light beam according to the power and irradiation diameter requirements of the samples, as well as a structure to support this optics and with the capacity to measure the irradiance, in order to calibrate the system and ensure in the future the range of powers that are effective for the treatment. Both objectives will be carried out in the simplest, most economical and functional way possible without neglecting the robustness and adaptability to different uses that the CIPF requires.